A modelagem e simulação de reatores trifásicos representa um grande desafio para simuladores de processo. Muitos estudos acadêmicos têm sido desenvolvidos com o objetivo de descrever e prever o comportamento desses equipamentos, quer seja em seu estado estacionário, quer seja as respostas dinâmicas. Várias são as abordagens aplicadas para tentar melhor refletir os fenômenos envolvidos nos reatores trifásicos, ponderando sempre o custo computacional de cada abordagem. Neste trabalho, um reator de hidrogenação seletiva de nafta de pirólise foi simulado baseado em dados publicados na literatura. O reator é do tipo leito gotejante (trifásico), e as reações consideradas são de pseudo-primeira ordem. A técnica aplicada foi a de modelagem matemática por células, onde os leitos catalíticos foram subdivididos em reatores tipo CSTR dinâmicos associados em série. A cada célula, um cálculo de flash foi associado, aperfeiçoando os balanços de massa e energia comumente empregados em reatores de leito gotejante. A abordagem termodinâmica utilizada para prever o equilíbrio líquido-vapor foi a i - i, com a equação de estado SRK associada a parâmetros de interação binária específicos para a solubilidade de hidrogênio em gasolina de pirólise. Os parâmetros de interação binária são provenientes do pacote termodinâmico do simulador iiSE. O modelo do reator foi implementado no software EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization) consistindo em cerca de 9000 equações e variáveis. Os resultados obtidos com o modelo contruído foram similares aos reportados na literatura. A aplicação de modelagem por células mostrou-se não só aplicável mas também mais robusta do que as abordagens tradicionais que utilizam equações diferenciais ordinárias. A utilização da ferramenta EMSO para a modelagem por células mostrou-se ainda mais vantajosa ao permitir a avaliação do comportamento dinâmico do reator em algumas situações hipotéticas, mas que são bem comuns na indústria. / Modeling and simulation of three-phase reactors is a challenge for process simulators. Many academic studies have been developed in order to describe and predict the behavior of these equipments for both steady states or dynamic responses. There are several approaches applied trying to reflect better the phenomena involved in three-phase reactors, always considering the computational cost of each approach. In this work a selective hydrogenation reactor for pyrolysis naphtha was simulated based on published literature data.The reactor is trickle bed type and the reactions are considered pseudofirst order. The technique used is cell-network modeling, where the catalyst beds were subdivided into dynamics CSTR reactors linked in series. To each cell there is a calculation Flash associated, enhancing mass and energy balances commonly applied in TBR. The thermodynamic approach used to predict the vapor-liquid equilibrium was i- i with SRK equation of state, associated to specific binary interaction parameters for the solubility of hydrogen in pygas from the thermodynamic simulator package iiSE. The binary interaction parameters come from the thermodynamic package of IISE simulator. The reactor model was implemented in software EMSO (Environment for Modeling, Simulation and Optimization) and consists of 9,000 equations and variables approximately. The results obtained with the model constructed here were similar to those reported in the literature. The use of cell-network modeling proved to be not only applicable but also more robust than the traditional approaches that use ordinary differential equations. The use of EMSO tool for cell-network modeling proved to be even more advantageous because allows the evaluation of some dynamic behavior of the reactor for hypothetical situations but quite common in the industry.

O presente trabalho propõe uma modelagem matemática simplificada que tem como foco o cálculo do módulo de elasticidade em matérias de fricção levando em consideração a porosidade. A modelagem proposta foi desenvolvida tendo como base a Lei das Misturas Modificada e os equacionamentos propostos por Spriggs e Kingery. Para simplificação do modelo, foi analisado um compósito com um aglomerante e um elemento de reforço. A escolha das matérias-primas levou em consideração os elementos mais utilizados em um material de fricção, desta forma o aglomerante utilizado foi uma resina fenólica e os agentes de reforço foram fibras de vidro e aramida. O equacionamento foi verificado utilizando dados empíricos. Para tanto, foram utilizados dois grupos de compósitos, um com resina fenólica e fibra de vidro e o outro com resina fenólica e fibra aramida. A verificação da influência das fibras no compósito foi feita variando o percentual de fibra, de 5% a 30% em peso, com um aumento de 5% entre as amostras. Os materiais foram confeccionados segundo o método de cura a quente sob pressão, seguido de tratamento térmico. Para a verificação das propriedades mecânicas foi realizado o teste de flexão a 3-pontos, segundo a norma ASTM D790,07. Em uma primeira análise, foi verificado o teor mínimo para que a fibra comece a atuar como reforço estrutural, e este para os dois grupos investigados foi de aproximadamente 2%, ou seja em todas as amostras as fibras estão atuando como elemento de reforço. O ensaio de porosidade seguiu a norma Volkswagen PV 3005 Por esse, foi possível verificar que para o compósito com fibra de vidro, quanto maior o teor de fibra, menor a porosidade apresentada pelo compósito. Para o compósito com aramida, a porosidade só diminui até 15%, após mantém-se constante. Este resultado pôde ser explicado pelo fato da aramida se apresentar na forma de polpa, dificultando a molhabilidade da resina. Como não há correlação linear entre porosidade e módulo de elasticidade para o compósito com fibra aramida, é proposto um modelo que seja apto à avaliação dos dois compósitos em questão. A utilização deste modelo visou a redução expressiva no tempo despendido e esforços de desenvolvimento de produtos, colaborando para a redução dos custos de projeto e aumento da competitividade destes produtos. A modelagem matemática simplificada proposta permitiu obter uma correlação entre o módulo de elasticidade e a porosidade. Os dados calculados através do modelo proposto concordam de forma satisfatória com os resultados experimentais. / The present work shows a simplified mathematical modeling focused on the modulus of elasticity in a friction material considering the inherent porosity of this material. The suggested model was developed based on the modified Law of Mixtures and equations proposed by Spriggs and Kingery. To obtain a simplified model a composite constituted of a binder and a reinforcement element was analyzed. Raw materials used in these tests were chosen based on raw materials most used in a friction industry, the binder used is a phenolic resin and reinforcing components are glass fiber and aramid fiber. The proposed model was verified based on the empirical data, analyzing two groups of composite material, one with a phenolic resin and fiber glass and another one with phenolic resin and aramid fiber. To understand the influence of the reinforcing components in the composite, the percentage of fibers was varied from 5% to 30%, the difference between samples is 5%. The materials were manufactured using the process typically used for friction materials, heat curing under pressure followed by heat treatment. The samples were tested under 3-points bending test procedure, according to ASTM D790-07 standard. In a preliminary analysis the minimum fraction of fiber that works as a reinforcing component is 2%, according to critical volume equation. Then in all the samples analyzed the fibers are acting as reinforcement elements. The porosity test was made according to VW PV 3005 standard Using this method, it was possible to verify that increasing the percentage of glass fiber the percentage of porosity decrease. For the aramid composite the percentage of porosity decreases up to 15% of fiber, from this point the value is kept constant. This result can be explained if we consider the fact that the aramid fiber is used in the pulp form, hindering the wettability of the resin. Since there is no linear correlation between porosity and elastic modulus for the composite with aramid fiber, it is proposed a model that is able to appraisal the two composites in question. The use of this model aims a significant reduction in time spent and resources on development, helping to reduce the project cost and increasing the product competitiveness. The simplified mathematical model proposed supported a correlation between modulus of elasticity and porosity. Data calculated by the proposed model agrees satisfactorily with the experimental results.

Este trabalho de pesquisa quantitativa em gestão de operações de seguradoras apresenta o desenvolvimento de modelos matemáticos para apreçamento de opções embutidas em produtos de previdência. O problema de pesquisa se refere à opção concedida aos participantes de planos de previdência aberta, que permite a conversão de um saldo futuro de poupança em renda vitalícia sobre condições pré-estabelecidas. Os modelos apresentados têm o intuito de determinar o valor e as sensibilidades do passivo gerado, considerando os riscos financeiros envolvidos. O problema é tratado em duas etapas. Inicialmente, apresenta-se a modelagem dos riscos assumidos pela seguradora e identificam-se as características da opção concedida, permitindo, sob hipóteses a respeito das condições de investimento e mortalidade, a utilização de modelos consolidados de apreçamento de opções financeiras na determinação do passivo em questão. Na segunda parte, analisa-se a utilização de modelos de otimização da carteira de ativos que deve proteger a instituição lançadora do passivo de eventuais oscilações no valor de suas obrigações. Além disso, aplica-se o modelo de apreçamento à determinação da taxa de carregamento para participantes representativos, analisando-se as mudanças em seu valor decorrentes de variações nas taxas de juros e nas volatilidades dos ativos objeto. Por fim, apresenta-se a aplicação dos modelos à situação real de uma empresa seguradora. A análise dos resultados obtidos mostra que, embora o valor inicial do passivo seja relativamente baixo, sua alta sensibilidade em relação às taxas de juros e as dificuldades de hedge devido ao prazo dos passivos tornam o problema relevante do ponto de vista da instituição seguradora. / This work, which consists of quantitative research within operations management, presents the development of mathematical models for pricing options embedded in Brazilian insurance retirement-related products. The problem studied refers to the financial option that an insurance company writes to its clients who purchase open ended retirement plans. Such option allows the participant to purchase, in the date of his or her retirement, an annuity under terms and conditions defined at the date the participant adheres to the plan. Models presented intend to calculate the value and sensibilities of the liability incurred, considering the financial risks involved. The problem is approached in two steps. Firstly, risks acquired by the insurance company are modeled and the characteristics of the option written to the participant are identified. This allows, under certain assumptions for investment choices and mortality behavior, the use of option pricing models traditional in Finance Theory to determine the value of liabilities. Secondly, the use of portfolio optimization models to hedge the insurance company against changes in the value of liabilities is analyzed. Moreover, the pricing model is applied to calculate the adequate fee to be applied to each contribution an individual makes to the plan (known as taxa de carregamento). Changes to such adequate fees resulting from changes in interest rate and volatility levels are also analyzed. Finally, the models presented are applied to a real problem of an insurance company. Results achieved indicate that, although the current value of liabilities is relatively small, the significant sensitivity to decreases in interest rates and hedge difficulties stemming from the long maturity of liabilities make the problem relevant from the perspective of the insurance company.

Atualmente, restrições ambientais impostas à industria de refino de petróleo estão fazendo com que se procure otimizar os seus processos. Uma das maneiras de se alcançar este objetivo é através da melhoria dos métodos analíticos de caracterização e dos métodos de representação, cuja finalidade é permitir maior precisão na simulação. O método mais comum de representação através de pseudocomponentes, apresenta algumas desvantagens, as quais não permitem precisão adequada em determinadas situações. Uma nova metodologia apresentada neste trabalho, que permite superar essas desvantagens foi aplicada em um exemplo de flash de petróleo. Esta metodologia envolve varias etapas: a implementação dos algoritmos necessários à representação das composições da mistura por funções de distribuição contínua e sua aproximação por funções wavelets, e a simplificação do modelo flash com a discretização \"Wavelet-Galerkin\" e sua resolução através de um enfoque multi-malha adaptativo. Neste contexo, na primeira etapa da tese foram apresentados diferentes aspectos relacionados ao processo complexo de caracterização de petróleos, que consideram sua importância tanto econômica quanto tecnológica. Mostraram-se também, o uso de ferramentas matemáticas e suas vantagens para resolver os problemas complexos em diversas áreas científicas. Na segunda etapa foi desenvolvida a metodologia proposta. Para tanto, os algoritmos foram construídos na linguagem de programação de Matlab. Em seguida, duas simulações do modelo flash permitiram avaliar sua precisão e sua eficiência. A primeira foi realizada sem a implementação de seleção de malhas adaptativamente, enquanto que a segunda foi realizada utilizando dita implementação, a qual permitiu construir quatro casos e analisar os resultados dos mesmos. Finalmente, com o objetivo de avaliar seu potencial de utilização em um ambiente de simulação, estes resultados foram comparados com uma terceira simulação, utilizando o simulador HYSYS, o qual se baseia na representação de pseudocomponentes. / Current environmental constraints to the refining industry make process optimization a necessary task. It can be achieved by improving the analysis methods applied to oil characterization and the representation methods, in order to improve simulation accuracy. The most common method of representation based on pseudocomponents presents some disadvantages, which do not enable a detailed accuracy in some situations. In this work a new methodology is proposed to surpass these disadvantages, and applied to oil flash as an example. The proposed methodology involves the representation of the mixture compositions by continuous distribution functions, which are approximated by wavelet functions, and the simplification of the flash model by the \"Wavelet-Galerkin\" discretization which are solved by multigrid adaptive approach. In this contex, in the first part of this work different aspects related to the complex process of petroleum characterization are discussed, considering their economical and technological importance. Besides, the utility of mathematical tools, and their advantages to solve complex problems in different scientific fields, are presented. In the second part, the proposed methodology is developed. All algorithms are built with MatLab programming languages. Two simulations of the model of flash process enabled to evaluate the precision and the efficiency of the methodology. The first simulation was developed without the implementation of an adaptability selection grid. The second was carried out with this implementation, which enabled to build four cases and analyze their results. Finally, with the objective of evaluating its potential of utilization in a simulation environment, the results were compared with a third simulation, using the simulator HYSYS, which itself is based on the representation of pseudo-components.

Orientador: Arilson Favareto / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia

Orientador: Norberto Anibal Maidana / Dissertação (Mestrado) ¿ Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-graduação em Matemática, 2011.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-08-18T11:50:05Z No. of bitstreams: 1 PDF - André Luiz da Silva.pdf: 2669742 bytes, checksum: 796dc6a0d580f489f471969a901b6a51 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-18T11:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - André Luiz da Silva.pdf: 2669742 bytes, checksum: 796dc6a0d580f489f471969a901b6a51 (MD5) Previous issue date: 2016-04-28 / Currently there is a great concern for groundwater contamination due to environmental pollution. Because of the need to deal with problems of this nature, it is necessary to develop research to enable understanding of the spread of pollutants in porous media motivating the need to develop mathematical models and computer codes to simulate reactive transport multispecies pollutants. This work aimed to propose a mathematical model for the numerical simulation of the spread of pollutants in the saturated region of the soil, considering the advection mechanisms, diffusion, sorption and chemical reaction. The mathematical model obtained was discretized using the method of finite volume. The results show that the method of Finite Volume, presented a very satisfactory performance in the discretization of pollutant reactive two-dimensional transport problem of the conservation equations in groundwater, the numerical method was compared to a semi-infinite medium getting good results, simulated experimental design guided the work results. It also highlighted the good performance of the computer language as a support tool for the evaluation of environmental impacts caused by pollution sources, and you can view the extent and behavior of a plume of contamination and carry out numerous transactions in short time at low cost and producing results very close to reality. / Atualmente existe uma grande preocupação com a contaminação das águas subterrâneas devido a poluição ambiental. Devido a necessidade de se lidar com problemas desta natureza, se faz necessário o desenvolvimento de pesquisas que possibilitem o entendimento da propagação de poluentes em meios porosos motivando a necessidade do desenvolvimento de modelos matemáticos e códigos computacionais para simularem o transporte reativo de múltiplas espécies poluentes. Este trabalho teve como objetivo propor um modelo matemático para a simulação numérica da propagação de poluentes na região saturada do solo, contemplando os mecanismos de advecção, difusão, sorção e reação química. O modelo matemático obtido foi discretizado utilizando o método dos Volumes Finitos. Os resultados obtidos demonstram que o método dos Volumes Finitos, apresentou um desempenho bastante satisfatório na Discretização das equações de conservação do problema do transporte bidimensional reativo de poluentes em águas subterrâneas, o método numérico foi comparado para um meio semi-infinito obtendo bons resultados, o planejamento experimental simulado norteou os resultados do trabalho. Ficou evidenciado também a boa performance da linguagem computacional como ferramenta de apoio para a avaliação de impactos ambientais causados por fontes poluidoras, sendo possível visualizar a extensão e o comportamento de uma pluma de contaminação e realizar inúmeras operações em curto período de tempo, a baixo custo e produzindo resultados bem próximos da realidade.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-09-06T12:08:58Z No. of bitstreams: 1 PDF - Rônero Márcio Cordeiro Domingos.pdf: 3609346 bytes, checksum: fa278c1392706efa1f28d007aa85bdab (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-09-06T16:54:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Rônero Márcio Cordeiro Domingos.pdf: 3609346 bytes, checksum: fa278c1392706efa1f28d007aa85bdab (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-06T16:54:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Rônero Márcio Cordeiro Domingos.pdf: 3609346 bytes, checksum: fa278c1392706efa1f28d007aa85bdab (MD5) Previous issue date: 2016-04-18 / The aim of this study was to identify and understand how undergraduated students of Physics and Mathematics develop their skills and attitudes to classroom practice in the context of mathematical modeling using the mathematics teaching-learning methodology through solving problems. For this research, it was employed as a scientific methodology, the Model Thomas A. Romberg, where he presents ten key activities for the development of a scientific research. From this model, it was possible to carry out the research, planning and todevelop this work. The field research was carried out with students of Physics and Mathematics major of the Federal Institute of Sertão Pernambucano, campus of Salgueiro / PE, and the Faculty of Humanities of the Sertão Central - FACHUSC. For these students it was offered an extension course on Ordinary Differential Equations in the context of Mathematical Modeling. The data collection was done through questionnaires, notebooks and students’nots, and especially by recordings made during each meeting. Da analysis of the data collected during the field research, it was found that the methodology Problems Solving, worked in the context of Mathematical Modeling, is a promising way to prepare future teachers of physics and mathematics to develop skills and attitudes to the classroom practice. The work in the field of research given to prospective teachers moments of creativity, interest in the contents worked and active participation in the activities developed during the course of extension. / O objetivo deste trabalho foi identificar e compreender como os alunos de Licenciatura em Física e Matemática desenvolvem suas habilidades e atitudes para a prática da sala de aula no contexto da Modelagem Matemática, utilizando a Metodologia de Ensino-Aprendizagem de Matemática através da Resolução de Problemas. Para a realização desta pesquisa, foi empregada como metodologia cientifica, o Modelo de Thomas A. Romberg, em que ele apresenta dez atividades essenciais para o desenvolvimento de uma Pesquisa cientifica. A partir desse Modelo, foi possível a realização da investigação, planejamento e desenvolvimento deste trabalho. A pesquisa de campo foi realizada com alunos dos cursos de Física e Matemática do Instituto Federal do Sertão Pernambucano, campos de Salgueiro/PE, e da Faculdade de Ciências Humanas do Sertão Central - FACHUSC. Para esses alunos, foi oferecido um curso de Extensão sobre Equações Diferenciais Ordinárias no contexto da Modelagem Matemática. A Coleta dos dados foi feita mediante a aplicação de questionários, cadernos e anotações dos alunos e principalmente pelas gravações feitas ao longo de cada encontro. Da análise dos dados coletados durante a pesquisa de campo, constatou-se que a Metodologia Resolução de Problemas, trabalhada no contexto da Modelagem Matemática, foi um caminho promissor no preparo de futuros professores de Física e Matemática para o desenvolvimento de habilidades e atitudes para a prática da sala de aula. O trabalho desenvolvido na pesquisa de campo concedeu aos futuros professores momentos de criatividade, interesse nos conteúdos trabalhados e participação ativa nas atividades desenvolvidas durante o curso de extensão.

O objetivo do trabalho foi propor modelos para estimar índice de área foliar, fitomassa seca e extração de macronutrientes pela cultura de arroz, bem como determinar a época de máxima taxa de extração de N e K. O experimento foi conduzido na várzea do Departamento de Produção Vegetal da ESALQ/USP. O solo foi classificado como Gleissolo Eutrófico, horizonte A chernozênico, textura média a argilosa (FAO –Unesco: Gleysols; USDA: Humic Haplaquept). Foi utilizada a variedade cultivada IAC 103, caracterizada por ser de ciclo médio e de alto rendimento. As variáveis observadas foram o índice de área foliar, a fitomassa seca em diferentes compartimentos da planta (raiz, folha e colmo e panícula) e os teores de macronutrientes por unidade de fitomassa seca. Para estimativa da extração de N, P, K, Ca, Mg e S, levou-se em consideração o teor de macronutrientes na planta e a produção, por unidade de área, de fitomassa seca. Em função dos resultados obtidos, foram propostos modelos cuja base matemática é fundamentada em eventos biológicos que acontecem ao longo do ciclo da cultura. Os modelos propostos apresentaram adequado desempenho para definir ordem de grandeza dos valores de índice de área foliar, fitomassa seca, extração de macronutrientes pela cultura de arroz, bem como para estimar a máxima taxa de absorção de N e K. / The objective of this study was to propose models to estimate leaf area index, dry matter and uptake macronutrients, and to determinate the maximum N and K uptake rates moment by rice crop. The field experiment was carried out at a wetland area of the Crop Science Department, University of São Paulo, Brazil. The soil is classified as Humic Haplaquept (FAO – UNESCO: Gleysols; Brazil: Gleissolo Eutrófico). The rice variety IAC 103 (middle season cycle and high yield) was used. Observed variables were leaf area index, dry matter from different parts of the plant (root, leaf and stem, and panicle) and macronutrient content. To estimate N, P, K, Ca, Mg and S extraction, the macronutrient content and dry matter were used. As results of this study, phytotechnical models, based on biological events that occurred during the crop cycle, were proposed. These models showed a satisfactory behavior to define the magnitude of estimated leaf area index, dry matter, macronutrient extraction by rice crop and maximum N and K uptake rates.

Esta dissertação trata da hidráulica da queda livre em canal de seção retangular. A análise bibliográfica do tema está calcada nos trabalhos pioneiros, nos clássicos e nos recentes. Com base nos princípios da Física: Conservação de Massa, Quantidade de Movimento, e Primeira Lei da Termodinâmica, foi desenvolvido um modelo matemático para a queda livre. O modelo proposto, após ser analisado do ponto de vista de sua consistência, foi validado em comparações com resultados fornecidos por outros pesquisadores, geralmente com modelos empíricos (ou semi-empíricos), ajustados a dados experimentais. Os resultados obtidos pelo modelo matemático proposto nesta dissertação, correspondem a boas estimativas das grandezas envolvidas nos escoamentos em queda livre, o que credencia o modelo proposto como uma ferramenta apropriada para projetos em engenharia hidráulica, principalmente quando se tem em conta que a queda livre é o mecanismo de dissipação mais presente na natureza. / This study addresses free fall hydraulics in rectangular channel section. References were based on not only earlier studies, but also on classical and most recent ones. Based on principles of Physics, such as mass conservation, momentum and the First Law of Thermodynamics, a mathematical model has been developed as an example of free fall hydraulic. After extensive consistency analyses the proposed model has been validated by comparing different results furnished by other researchers, generally based on empirical or semiempirical treatment adjusted to experimental data. Results obtained from the mathematical model proposed here correspond to good estimates of greatnesses involved in the free overfall and that turns the proposed model into an adequate tool for Hydraulic Engineering projects, especially when we all know free overfall is the most common dissipation mechanism in Nature.